WO2002083498A1 - Microwave device for de-icing or keeping the surface of dimensionally stable hollow body structures free from ice and method for the operation of said device - Google Patents

Microwave device for de-icing or keeping the surface of dimensionally stable hollow body structures free from ice and method for the operation of said device Download PDF

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WO2002083498A1
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microwave
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hollow body
ice
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Lambert Feher
Arno Pabsch
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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Definitions

  • Microwave device for keeping ice free and defrosting dimensionally stable hollow body structures on the surface and method for operating the device
  • the invention relates to a microwave technology device for keeping ice free and defrosting dimensionally stable hollow body structures on the surface which are exposed to meteorological influences and are kept ice-free at least in sections in the surface area of the edges against which atmospheric air flows.
  • the cavity / shell structures consist of composite materials hardened with thermoplastic or thermosetting plastic systems with dielectric properties.
  • the system has at least one microwave source, the output of which can be controlled, pulsed or operated continuously, via a flanged waveguide and decoupling system in the frequency range from 900 MHz to 20 GHz and emits monochromatic signals.
  • At least the front of the respective structure, which is at risk of icing has a laminated structure, which consists of a molded body as a support structure made of dielectric composite material with a shear, pressure and bending strength adapted to the stress.
  • the structure is externally covered with a metallic skin as lightning protection.
  • a metallic skin In connection with other adjoining or directly adjacent building structures with a metallic surface, it is connected in an electrically conductive manner, so that there is also a metal-enclosed cavity.
  • At least one microwave system that is operated on its own is installed in the cavity or in chambers of each such shaped body and consists of a microwave source with a power supply unit and decoupling device comprising a waveguide and decoupling structure.
  • the outcoupling structure is set up in the interior of the molded body along the outer inflow front in such a way that the outcoupled microwave impinges on the inside along it with a wavefront or almost with a wavefront on the free inner surface of the composite material.
  • the metal skin is thus kept at a predeterminable temperature, corresponding to the meteorological requirements, from the melting point of 0 ° C to + 70 ° C and defrosting speed, at which there is certainly no ice formation on the air-flowed front when the microwave system is switched on, or there is ice on the inflow front the contact surface is thawed / defrosted when the microwave system is switched on.
  • the object of the invention is to provide a structurally simple, compact, decentralized deicing device for hollow or shell body structures which are exposed to an atmospheric air flow.
  • the object is achieved by microwave de-icing device according to the preamble of claim 1 and its characterizing features and a method for operating the device according to claim 7.
  • the area of the hollow body structure exposed to the atmosphere is to be de-iced in sections or partially along an edge against which the air flow flows or to be kept free of ice.
  • This area, to be kept free of ice or to be de-iced is divided along the edge into lined up surface segments.
  • Each of these segments has two boundaries running away from the edge, each of which coincides with the line of abutment on the wall of the hollow body of a rib anchored there in the hollow body.
  • the boundary line of the respective surface segment closes completely along two lines, which coincide with the two butt lines on the hollow body wall of a spar anchored in the hollow body structure.
  • the waveguide decoupling structure is attached to the inside of the spar wall as seen from it, parallel to the edge. It is flanged through the wall of the spar to its associated microwave source.
  • the geometry of the chambers and the frequency of the microwave is such that an electromagnetic field with overmodulation, that is to say the occurrence of many possible modes, is excited in each chamber with the associated microwave source switched on.
  • the microwave penetrates into the wall of fiber composite material, CFRP or GFRP, of the surface segment and heats up with the same or almost the same power surface density this according to the electrical properties, i.e. the electrical conductivity. Due to the metal skin shielding the respective surface segment on the outside, the microwave cannot step outside.
  • the entire chamber is microwave-tight to the outside.
  • metallic double lines made of electrically highly conductive material are embedded in the wall of the hollow body structure. These line double lines are completely closed by hoses with the microwave sources or with their respective cooling channel to form a coolant circuit in such a way that there is always a counterflow in the double lines and the microwave sources are flowed through in succession. With stationary operation of the microwave sources, there is therefore a same temperature along the double lines with an appropriate design, which results solely from the waste heat of the microwaves.
  • Each coolant circuit can be connected to another heat source for safety, but that would be a common measure that would be taken if redundancy had to be set up for such a system.
  • the method of operating a microwave de-icing device is also part of the invention.
  • One process is the continuous ice-free keeping of the linear structure in the area on the exposed, exposed surface of the cavity structure by means of the double lines laid in the wall.
  • counterflow is obtained in the double line area, ie the flow in both lines is opposite there, and a fluidic connection in series the heat sources, the microwave sources from the area through which coolant is pumped.
  • the microwave sources of an area are operated cyclically. That at least one microwave is switched on for an adjustable time, the others are not and vice versa. There is always one switched off between two switched on microwave sources. Depending on the number of microwave sources, the cycle time is due to the necessary on and off times for each microwave source.
  • This single cycle time of an area can be coupled with that of other areas to a higher cycle time by adding the individual cycle times, that would be a sequential operation, or by operating the areas independently of each other, that would be a kind of simultaneous operation.
  • simultaneous operation in groups can also be set up. But this is a tax issue and is based on the heat requirement.
  • At least one microwave source from such a region is always switched on and generates waste heat for line heating.
  • the close vicinity of the double lines is constantly warm during a cycle time via the variable efficiency of the microwave sources, and due to the dimension of the microwave de-icing device it is so warm that the line structure remains ice-free and any ice layer present on a surface segment from this area of the hollow body.
  • Structure is thawed in its boundary layer to the hollow body during the associated switched-on microwave source and is prematurely torn off from the surface or just thawed further with a sufficiently strong air flow.
  • the intermediate line areas can therefore build up ice for a short time. Therefore the always ice-free Li Areas of such an area are also dimensioned such that the surfaces in between can always be made ice-free quickly and safely using a microwave.
  • the microwave sources can be operated in a continuous wave during their respective switch-on times or with a lower heat requirement in accordance with pulse width control.
  • operation which is appropriate to the heat requirement can always be set in a technically simple manner known from other technical fields and can be controlled / adaptively carried out with the aid of temperature and icing sensors and data processing devices.
  • the waveguide-like coupling structure over the length of the chamber has a round cross section (claim 2).
  • the rectangular cross section thereof is described, with which the overmodedness, i. H. the appearance of many possible modes, starting with the basic mode in the chamber is stimulated.
  • the sources listed in claim 4 come as microwave sources, such as the magnetron, the klystron, the backward wave oscillator (BWO), or the extended interaction oscillator, from the English Extended Interaction Oscillator, EIO, even also the gyrotron and finally Klystroden, in question.
  • BWO backward wave oscillator
  • EIO English Extended Interaction Oscillator
  • Klystroden the English Extended Interaction Oscillator
  • the weight of the microwave source is often a factor that cannot be overlooked.
  • the pipes are made of a material that conducts the heat well, such as copper or brass or stainless steel.
  • the cross section of these lines can be round or polygonal (claim 5). The selection will be based on the installation and manufacture of the hollow body structure. A technically obvious cross-section is round, but a polygonal one, such as triangular, square or hexagonal, is common.
  • the design of the microwave technology device is based on the fact that sufficient microwave power is available for the rapid thawing of an ice layer.
  • microwave sources are also used that can meet this requirement. With an efficiency between 0.4 and 0.8 in the best case, the source in any case produces heat, which is absorbed here by the coolant flowing past in the cooling coil of the source and transported to the linear use location.
  • a coolant circuit therefore consists at least of the double lines and associated microwave sources of an area to be kept free of ice and to be de-iced (claim 6). The waste heat from the microwave sources is used in a targeted manner and is not released into the environment unused. If the coolant circuit does not start to move solely due to the temperature gradient in the circuit, an actively operated coolant pump is installed in the circuit, at least for the start (claim 7). Once it has started and is sufficiently strong, the pump can continue to run passively.
  • the coolant circuit with the heat / microwave sources connected in series with one another is connected to another heat source via valves. But this is a measure that is technically known and is taken if necessary.
  • the microwave power emerges at the decoupling device with low attenuation and heats the shell structure exposed to the atmosphere, which acts as a dissipative resonator of very low quality, sectionally evenly in sections with a predetermined time cycle and continuously along a predetermined line area with the waste heat of the microwave sources used in the area.
  • the microwave de-icing device can be easily installed on site in such hollow body structures, so that the microwave engineering construction work remains limited to the microwave source, the decoupling structure and, if need be, a short connecting piece from the source to the decoupling structure.
  • the power supply unit for groups of microwave sources, the groups must be kept free of ice for an area to be de-iced, is located centrally. Only high-voltage supply lines go from it to the microwave sources.
  • a coolant circuit has at least one group of microwave sources connected in series in terms of flow technology, better their respective cooling coils than heat sources. at In several groups, the cooling circuit is driven by a centrally located pump.
  • Such hollow body structures can be devices / structures of a ship or a train or a means of transport to be kept free of ice or the rotor blades of a wind power plant or other structures that can be dealt with under all meteorological conditions.
  • the microwave de-icing device can be used in many technical devices that are in any way exposed to the atmosphere. In addition to use on land and on water, its importance in aviation for aviation safety should be emphasized.
  • FIG. 1 the elevator and vertical tail in perspective with the indicated installation of the microwave technology device in the horizontal tail
  • FIG. 2 shows the horizontal stabilizer with the built-in microwave technology device
  • FIG. 3 shows the areas on the heights and vertical tail to be kept free of ice
  • FIG. 4 shows the fluidic connection.
  • Sources with sufficient microwave power can be considered as microwave sources, which can excite such a multimodal or overmodel electromagnetic field via the decoupling structure in the chamber that the electromagnetic wave penetrating into the wall of the surface segment produces a qualified Alternatively, there is surface-uniform / homogeneous heating that thaws the boundary layer between the surface segments and the ice layer in all expected weather conditions and temperatures.
  • the microwave power to be emitted is determined from these specifications, the electrical property - conductance - the hollow body wall and the necessary multimodality in the respective chamber, and the source is then selected. Since an ample selection can be made here, the frequency range from about 900 MHz to about 25 GHz, in which the selected source must work, should be mentioned here.
  • the wall of the elevator and vertical tail is made of a fiber composite, at least in the areas to be de-iced.
  • CFRP carbon fiber composites
  • These have a certain electrical conductivity, so the penetrating microwave couples. In the case of other fiber composite materials, this can be adjusted if necessary by adding additives in the manufacture of semi-finished products.
  • the cooling device of the heat source works in a similar way to the device for producing hot water in a coffee machine: the cold liquid medium is heated and driven forward. If the heating is sufficiently powerful, then a naturally driven cycle is created if the friction is not too high.
  • FIG. 1 shows the horizontal tail and the intersection with the vertical tail.
  • the horizontal stabilizer indicates the structure of the microwave technology device, but not in the vertical stabilizer, although, also provided there, as later on from FIG. 3 evident.
  • the two areas on the horizontal stabilizer, which are arranged in mirror-image relation to one another with respect to the vertical stabilizer, are highlighted here. Each area is divided into four surface areas. This is indicated by the four tubular decoupling structures which are lined up next to one another and which, seen from the vertical tail, have each flanged the associated microwave source at their beginning.
  • the microwave source used here is, for example, as described in relation to FIG.
  • a magnetron the microwave power output of which is required by the heat requirement, better the heat requirement power of the wall of the assigned surface segment for sufficiently rapid heating of the metal skin there.
  • the waste heat of the magnetron is determined from its efficiency, which is between about 0.4 and 0.8 depending on that.
  • the power supply unit supplying the microwaves / magnetrons is accordingly dimensioned at least for the most powerful cycle.
  • Figure 2 shows the situation on one wing half of the horizontal stabilizer more clearly.
  • the vertical tail is no longer indicated, it has been removed and shows the power supply between the two wings for supplying the two areas in the horizontal tail and the area not indicated here in the vertical tail (see FIG. 3).
  • Four semiconductor-shaped decoupling devices are mounted one behind the other along the leading edge of the wing at a predetermined distance from the latter and the wing wall there on the spar running there.
  • the thick double lines indicate the course of the double lines in the wing wall and at the same time, with their two-sided branches from the leading edge to the rear, indicate the surface areas of the area to be de-iced that are of the same area.
  • the environment along the lines is heated by the cooling circuit in such a way that it is constantly ice-free.
  • the ribs in the wing also run to the rear and form the respective chamber together with the spar part wall and the wing segment wall their decoupling device.
  • the five double lines dip into the inside of the wing on both sides and couple via hoses to the cooling screw of the respective microwave source, in such a way that the heat sources lie one behind the other in the cooling circuit and the coolant flow in the double line branches and along the leading edge are opposite , A principle of conduction is clearly shown in FIG. 4.
  • FIG. 3 the situation of three ice-free line areas and the associated, to be made ice-free, equal surface segments on the elevator and vertical tail are shown schematically.
  • the two horizontal stabilizer areas are mirror images of one another and, in contrast to FIGS. 1 and 2, are each divided into only three identical surface segments 1, 2 and 3 by the outgoing double line branches.
  • the simple surface segment 4 lying vertically underneath is that of the vertical tail.
  • the respectively delimiting two thin lines of the areas indicate the trace of the spar belonging to the area.
  • the thick solid lines show the subdivision and thus indicate the routing of the pipes of the respective cooling circuit.
  • the crossed thick line runs along the leading edge, in the vertical tail this is limited at the top and bottom. The dimensions are provided here as an example for a passenger aircraft of a smaller design.
  • the thick lines over the pipes of the cooling circuit device laid in the wing wall select a cyclical operating mode in such a way that the two areas 1 with their areas on both sides of the leading edge on the vertical guide factory, ie the four areas assigned to it are heated using a microwave, for example for 30 seconds, then cycle areas 2, 3 and finally cycle area 4 on the vertical tail, in order to then start again with the following cycle at 1.
  • the area cycle is therefore 1, 2, 3, 4. If the two cycle areas 1 are heated, the others here are not heated during this time.
  • the cycle time means that only the two microwave sources for the surface segments are 1 2 heat sources, then 2, 3 and finally 4. Then the cycle starts again at 1.
  • FIG. 4 shows a coolant circuit which contains at least one group of double lines and the associated microwave sources or their heat sources.
  • the illustration is shown schematically in the plane. It shows the continuous double line area along the inflow edge and the double line branches leaving perpendicularly on both sides thereof.
  • the double line branches on one side are extended and have the microwave sources at the end.
  • the coolant pump is built into the circuit as an example and here for the sake of clarity. Due to this arrangement and connection method, the microwave sources are connected in series as required in terms of flow technology and the double lines have a return flow.
  • the double line branches each of which leads to a microwave source, plunge into the hollow body structure.
  • There are two temperature differences that contribute to driving the coolant circuit firstly ⁇ T MQ at the cooling coil of the microwave source and secondly ⁇ T H w on the way from the hollow body wall to the microwave source.

Abstract

A microwave device for de-icing and keeping areas of hollow body structures free from ice keeps atmospherically flown-against edges and linear areas emanating therefrom by means of a coolant circuit. The surface segments between the linear areas are kept free from ice as a result of the effect of said microwave device upon the wall of said surface segments and the heating that ensues following coupling by de-icing the boundary layer between the ice and the surface. A series of consecutive microwave-tight chambers is disposed behind the wall of the area which is flown against. A microwave source respectively feeds into said chambers with the aid of a decoupling structure fitted therein, resulting in high/multimode excitation. The lost heat from the microwave sources is collected by means of a coolant circuit and double lines in the edge and transported to the linear areas emanating therefrom for permanent heating in order to keep the ice away. The microwave sources are operated in cycles.

Description

Mikrowellentechnische Einrichtung zur Eisfreihaltung und Enteisung formstabiler Hohlkörper-Strukturen an der Oberfläche und Verfahren zum Betreiben der EinrichtungMicrowave device for keeping ice free and defrosting dimensionally stable hollow body structures on the surface and method for operating the device
Die Erfindung betrifft eine mikrowellentechnische Einrichtung zur Eisfreihaltung und Enteisung formstabiler Hohlkörper- Strukturen an der Oberfläche, die meteorologischen Einflüssen ausgesetzt sind und im Oberflächenbereich der von der Atmosphärenluft angeströmten Kanten zumindest abschnittsweise eisfrei gehalten werden.The invention relates to a microwave technology device for keeping ice free and defrosting dimensionally stable hollow body structures on the surface which are exposed to meteorological influences and are kept ice-free at least in sections in the surface area of the edges against which atmospheric air flows.
Der Ansatz von Eis an solchen Strukturen beeinträchtigt die vorgesehene Umströmung der Luft und die Art der Strömung empfindlich, was insbesondere in der Luftfahrt zu aerodynamisch problematischen Situationen und sogar aerodynamisch unkontrollierbarem Verhalten führen kann.The formation of ice on such structures affects the intended flow around the air and the type of flow, which can lead to aerodynamically problematic situations and even aerodynamically uncontrollable behavior, especially in aviation.
Die Anstrengungen, die vereisungsgefährdete Bereiche an exponierten Strukturen eisfrei zu halten, sind vielfältig und reichen vom Besprühen oder Bespülen solcher Flächen mit einer die Eisbildung hemmenden Flüssigkeit, über das Anströmen der Innenflächen dieser Strukturen mit Warmluft bis zum oh schen Beheizen solcher Bereiche über in die Wand eingelegte Metallnetze .The efforts to keep the areas at risk of icing from exposed structures ice-free are varied and range from spraying or flushing such areas with a liquid that inhibits ice formation, flowing the interior surfaces of these structures with warm air, and heating such areas into the wall inlaid metal nets.
Die Forderung ist: Bedingungen zur Eisbildung müssen neutralisiert werden. Das gelingt beim Enteisen mittels Flüssigkeit nur vorübergehend, insbesondere beim Verwenden von Enteisungs- flüssigkeit. Der anhaftende Film reißt schon bei starker Umströmung ab. Regen etwa spült ein solches Mittel je nach Stärke früher oder später schon ab.The requirement is: conditions for ice formation must be neutralized. This only works temporarily when using liquid de-icing, especially when using de-icing liquid. The adhering film tears off even with strong flow. Rain, for example, rinses off such a product sooner or later depending on its strength.
Im Leichtkörperbau setzt sich mehr und mehr der Aufbau von Hohlkörper- oder Schalenstrukturen aus Prepreg, CFK- und GFK- Kompositteile allgemein: Faserverbundwerkstoffe mit für den Verwendungszweck Eigenschaft-verbessernden Additiven durch. Allerdings besitzen solche Verbundwerkstoffe, wenn auch sehr formstabil/-steif und damit mit hoher mechanischer Festigkeit/ und Zähigkeit versehen, bei einer im Vergleich zu Metall sehr schlechten, anisotropen thermischen Leitfähigkeit mit der Gefahr der Bildung von Wärmestaus und Überhitzung und damit der Gefahr der lokalen Delamination beim Anblasen mit heißer Luft, bzw. die Flugsicherheit betreffende starke Beschränkung der Möglichkeit, ausreichende Flächenleistungsdichten an der strömungszugewandten, potentiell eisbehafteten Fläche einbringen zu können.In lightweight construction, the construction of hollow body or shell structures made of prepreg, CFRP and GFK composite parts is becoming more and more common: fiber composite materials for Intended use by property-improving additives. However, such composites, albeit very dimensionally stable / rigid and thus provided with high mechanical strength / and toughness, have a very poor anisotropic thermal conductivity compared to metal with the risk of heat build-up and overheating and thus the risk of local Delamination when blowing on with hot air, or severe restrictions regarding the possibility of being able to introduce sufficient area power densities on the flow-facing, potentially ice-covered area.
In der DE 100 16 261 wird ein Kompaktes mikrowellentechnisches System zum Enteisen und/oder Vorbeugen einer Vereisung der äußeren Oberfläche von meteorologischen Einflüssen ausgesetzten Hohlraum- oder Schalenstrukturen beschrieben. Die Hohl- raum-/Schalenstrukturen bestehen aus mit thermoplastischen oder duroplastischen KunststoffSystemen ausgehärteten Verbundwerkstoffen mit dielektrischen Eigenschaften. Das System hat mindestens eine Mikrowellenquelle, die in ihrer Leistung steuerbar, gepulst oder kontinuierlich betrieben, über ein angeflanschtes Hohlleiter- und Auskoppelsystem im Frequenzbereich von 900 MHz bis 20 GHz vorgegeben monochromatisch abstrahlt. Zumindest die vereisungsgefährdete Front der jeweiligen Struktur hat einen laminierten Aufbau, der aus einem Formkörper als Trägerstruktur aus dielektrischem Verbundmaterial einer der Beanspruchung angepassten Schub-, Druck und Biegefestigkeit besteht. Die Struktur ist äußerlich mit einer metallischen Haut als Blitzschutz überzogen ist. In Verbindung mit anderen anstoßenden oder unmittelbar angrenzenden Baustrukturen mit metallischer Oberfläche ist sie elektrisch leitend verbunden ist, so dass darüber hinaus ein metallisch umschlossener Hohlraum besteht. Im Hohlraum oder in Kammern eines jeden solchen Formkörpers ist mindestens ein für sich alleine betriebenes Mikrowellensystem eingebaut, das aus einer Mikrowellenquelle mit Netzteil und Auskoppeleinrichtung aus Hohlleiter und Auskoppelstruktur besteht. Die Auskoppelstruktur ist im Innern des Formkörpers entlang zur äußeren Anströmfront derart aufgestellt, dass die ausgekoppelte Mikrowelle innen entlang dieser mit einer Wellenfront oder nahezu mit einer Wellenfront auf die freie innere Oberfläche des Verbundmaterials auftrifft. Sie penetriert dasselbe und erwärmt den dortigen Frontbereich des Verbundmaterialvolumens durch die Mikrowelleneinwirkung über Volumenheizung. Die Erwärmung erfolgt derart, dass das Verbundmaterial einerseits unter der Einwirkung der Mikrowelle an jeder Stelle weit unterhalb der Delaminationstemperatur von etwa 130 °C des Verbundmaterials bleibt und andererseits an der Schnittfläche Formkörper/Metallhaut eine vorgegebene Flächenleistungsdichte bis über 60 kW/m2 bei anhaftendem Klareis gefahrlos bestehen kann. Die Metallhaut wird dadurch auf einer vorgebbaren, den meteorologischen Anforderungen entsprechenden Temperatur vom Eisschmelzpunkt 0°C bis +70°C und Abtaugeschwindigkeit gehalten, bei der es auf der luftangeströmten Front bei eingeschaltetem Mikrowellensystem mit Sicherheit zu keiner Eisbildung kommt oder angesetztes Eis an der Anströmfront an der Berührfläche mit Einschalten des Mikrowellensystem an-/abgetaut .DE 100 16 261 describes a compact microwave system for defrosting and / or preventing icing of the outer surface from cavity or shell structures exposed to meteorological influences. The cavity / shell structures consist of composite materials hardened with thermoplastic or thermosetting plastic systems with dielectric properties. The system has at least one microwave source, the output of which can be controlled, pulsed or operated continuously, via a flanged waveguide and decoupling system in the frequency range from 900 MHz to 20 GHz and emits monochromatic signals. At least the front of the respective structure, which is at risk of icing, has a laminated structure, which consists of a molded body as a support structure made of dielectric composite material with a shear, pressure and bending strength adapted to the stress. The structure is externally covered with a metallic skin as lightning protection. In connection with other adjoining or directly adjacent building structures with a metallic surface, it is connected in an electrically conductive manner, so that there is also a metal-enclosed cavity. At least one microwave system that is operated on its own is installed in the cavity or in chambers of each such shaped body and consists of a microwave source with a power supply unit and decoupling device comprising a waveguide and decoupling structure. The outcoupling structure is set up in the interior of the molded body along the outer inflow front in such a way that the outcoupled microwave impinges on the inside along it with a wavefront or almost with a wavefront on the free inner surface of the composite material. It penetrates the same and heats the front area of the composite material volume there through the action of microwaves via volume heating. The heating takes place in such a way that, on the one hand, under the action of the microwave, the composite material remains far below the delamination temperature of around 130 ° C of the composite material on the one hand, and on the other hand, a predetermined surface power density of over 60 kW / m 2 with adhering clear ice on the cut surface of the molded body / metal skin can exist safely. The metal skin is thus kept at a predeterminable temperature, corresponding to the meteorological requirements, from the melting point of 0 ° C to + 70 ° C and defrosting speed, at which there is certainly no ice formation on the air-flowed front when the microwave system is switched on, or there is ice on the inflow front the contact surface is thawed / defrosted when the microwave system is switched on.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich einfache, kompakte, dezentrale Enteisungseinrichtung für Hohl- oder Schalenkörperstrukturen, die einer atmosphärischen Luft- anströmung ausgesetzt sind, bereitzustellen.The object of the invention is to provide a structurally simple, compact, decentralized deicing device for hollow or shell body structures which are exposed to an atmospheric air flow.
Die Aufgabe wird durch mikrowellentechnische Enteisungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und seinen kennzeichnenden Merkmalen und einem Verfahren zum Betreiben der Einrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Der an der Atmosphäre exponierte Bereich der Hohlkörper-Struktur ist abschnittsweise oder teilweise entlag einer von der Luftströmung angeströmten Kante zu enteisen bzw. eisfrei zu halten. Dieser eisfrei zu haltende oder zu enteisende Bereich ist entlang der Kante in aneinandergereihte Oberflachensegmente gegliedert. Jedes dieser Segmente hat zwei von der Kante weglaufende Grenzen, die jeweils mit der Stoßlinie an der Hohlkörper-Wand einer im Hohlkörper dort verankerten Rippe zusammenfällt. Die Grenzlinie des jeweiligen Oberflächensegments schließt sich vollends entlag zweier Linien, die mit den beiden Stoßlinien auf der Hohlkörper-Wand eines in der Hohlkörper-Struktur verankerten Holms zusammenfällt.The object is achieved by microwave de-icing device according to the preamble of claim 1 and its characterizing features and a method for operating the device according to claim 7. The area of the hollow body structure exposed to the atmosphere is to be de-iced in sections or partially along an edge against which the air flow flows or to be kept free of ice. This area, to be kept free of ice or to be de-iced, is divided along the edge into lined up surface segments. Each of these segments has two boundaries running away from the edge, each of which coincides with the line of abutment on the wall of the hollow body of a rib anchored there in the hollow body. The boundary line of the respective surface segment closes completely along two lines, which coincide with the two butt lines on the hollow body wall of a spar anchored in the hollow body structure.
Durch die Oberflachensegmente, Rippen und den Holm im Innern einer solchen Hohlkörper-Struktur entlang der luftangeströmten Kante bestehen so Kammern, die jeweils zu ihrer Umgebung hin mikrowellendicht abgeschottet sind, weil sie auf ihrer zur Atmosphäre exponierten Wand eine metallische Haut oder ein mikrowellendichtes Metallnetz haben und die übrigen Wände, die beiden Rippenabschnitte und der zugehörige Holmabschnitt, genauso einen Überzug haben oder aus Hohlraum-Struktur-geeignetem Metall, wie Edelstahl oder Hartaluminium, sind. Im Innern jeder Kammer ist an der von darin aus gesehenen Innenseite der Holmwand parallel zur Kante die Hohlleiter-Auskoppelstruktur befestigt. Sie ist durch die Wand des Holms hindurch an ihre zugeordneten Mikrowellenquelle angeflanscht. Die Geometrie der Kammern und die Frequenz der Mikrowelle, je nach dem zwischen 900 MHz und 25 GHz, ist derart, dass in jeder Kammer bei zugehörig eingeschalteter Mikrowellenquelle ein elektromagnetisches Feld mit Übermodierung, also dem Auftreten vieler möglicher Moden, angeregt wird. Damit dringt die Mikrowelle entsprechend der Übermodierung mit gleicher oder mit nahezu gleicher Leistungsflächendichte in die Wand aus Faserverbundwerkstoff, CFK oder GFK, des Oberflächensegments ein und erwärmt diese entsprechend der elektrischen Eigenschaften, also der elektrischen Leitfähigkeit. Durch die das jeweilige Oberflächensegment außen abschirmende Metallhaut kann die Mikrowelle nicht ins Freie treten. Die gesamte Kammer ist ja nach außen hin mikrowellendicht.Due to the surface segments, ribs and the spar inside such a hollow body structure along the air-flowed edge, there are chambers which are each microwave-sealed to their surroundings because they have a metallic skin or a microwave-proof metal net on their exposed wall and the remaining walls, the two rib sections and the associated spar section, also have a coating or are made of metal suitable for cavity structure, such as stainless steel or hard aluminum. Inside the chamber, the waveguide decoupling structure is attached to the inside of the spar wall as seen from it, parallel to the edge. It is flanged through the wall of the spar to its associated microwave source. The geometry of the chambers and the frequency of the microwave, depending on that between 900 MHz and 25 GHz, is such that an electromagnetic field with overmodulation, that is to say the occurrence of many possible modes, is excited in each chamber with the associated microwave source switched on. In this way, the microwave penetrates into the wall of fiber composite material, CFRP or GFRP, of the surface segment and heats up with the same or almost the same power surface density this according to the electrical properties, i.e. the electrical conductivity. Due to the metal skin shielding the respective surface segment on the outside, the microwave cannot step outside. The entire chamber is microwave-tight to the outside.
Im eisfrei zu haltenden Bereich entlang der luftangeströmten Kante und entlag der davon auf der äußeren Hohlkörper-Oberfläche abgehenden Grenze des Oberflächensegments bis mindestens zum Holm sind in der Wand der Hohlkörper-Struktur metallische Doppelleitungen aus elektrisch gut leitendem Material eingelassen. Diese Liniendoppelleitungen sind über Schläuche vollends mit den Mikrowellenquellen bzw. mit deren jeweiligem Kühlkanal so zu einem Kuhlmittelkreislauf geschlossen, dass in den Doppelleitungen stets eine Gegenströmung besteht und die Mikrowellenquellen hintereinander durchströmt werden. Damit besteht bei stationärem Betrieb der Mikrowellenquellen bei entsprechender Auslegung entlang der Doppelleitungen eine gleiche Temperatur, die alleine von der Abwärme der Mikrowellen herrührt. Jeder Kuhlmittelkreislauf kann zur Sicherheit noch an eine weitere Wärmequelle angeschlossen werden, das wäre aber eine übliche Maßnahme, die ergriffen werden würde, falls Redundanz für ein solches System eingerichtet werden müsste.In the area to be kept free of ice along the air-flowed edge and along the boundary of the surface segment that extends from it on the outer hollow body surface to at least the spar, metallic double lines made of electrically highly conductive material are embedded in the wall of the hollow body structure. These line double lines are completely closed by hoses with the microwave sources or with their respective cooling channel to form a coolant circuit in such a way that there is always a counterflow in the double lines and the microwave sources are flowed through in succession. With stationary operation of the microwave sources, there is therefore a same temperature along the double lines with an appropriate design, which results solely from the waste heat of the microwaves. Each coolant circuit can be connected to another heat source for safety, but that would be a common measure that would be taken if redundancy had to be set up for such a system.
Bestandteil der Erfindung ist weiter das Verfahren eine mikrowellentechnische Enteisungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu betreiben. Ein Vorgang ist das kontinuierliche Eisfreihalten der linienförmigen Struktur in dem Bereich auf der nach außen gerichteten, exponierten Oberfläche der Hohlraum-Struktur durch die in der Wand verlegten Doppelleitungen. Durch den bewussten Aufbau des Kühlmittelkreislaufs in einem solchen Bereich erhält man im Doppelleitungsbereich Gegenströmung, d.h. die Strömung in beiden Leitungen ist dort entgegengesetzt, und eine strömungstechnische Hintereinanderschaltung der Wärmequellen, der Mikrowellenquellen aus dem Bereich, durch die Kühlmittel gepumpt wird.The method of operating a microwave de-icing device according to one of claims 1 to 6 is also part of the invention. One process is the continuous ice-free keeping of the linear structure in the area on the exposed, exposed surface of the cavity structure by means of the double lines laid in the wall. By deliberately designing the coolant circuit in such an area, counterflow is obtained in the double line area, ie the flow in both lines is opposite there, and a fluidic connection in series the heat sources, the microwave sources from the area through which coolant is pumped.
Die Mikrowellenquellen eines Bereichs werden zyklisch betrieben. D.h. mindestens eine Mikrowelle ist für eine einstellbare Zeit eingeschaltet, die übrigen dann nicht und umgekehrt. Dabei ist zwischen zwei eingeschalteten Mikrowellenquellen immer eine ausgeschaltete. Entsprechend der Anzahl Mikrowellenquellen ergibt sich wegen der notwendigen Ein- und Auszeit jeder Mikrowellenquelle die Zykluszeit.The microwave sources of an area are operated cyclically. That at least one microwave is switched on for an adjustable time, the others are not and vice versa. There is always one switched off between two switched on microwave sources. Depending on the number of microwave sources, the cycle time is due to the necessary on and off times for each microwave source.
Diese einzelne Zykluszeit eines Bereichs kann mit der von andern Bereichen zu einer übergeordneten Zykluszeit verkoppelt werden, indem die einzelnen Zykluszeiten addiert werden, das wäre ein zeitlich sequentieller Betrieb, oder indem die Bereiche unabhängig voneinander betrieben werden, das wäre zeitlich eine Art simultaner Betrieb. Schließlich ist auch ein gruppenweiser simultaner Betrieb einrichtbar. Das aber ist eine Steuerangelegenheit und orientiert sich am Wärmebedarf .This single cycle time of an area can be coupled with that of other areas to a higher cycle time by adding the individual cycle times, that would be a sequential operation, or by operating the areas independently of each other, that would be a kind of simultaneous operation. Finally, simultaneous operation in groups can also be set up. But this is a tax issue and is based on the heat requirement.
Während einer einzelnen Zykluszeit ist also immer mindestens eine Mikrowellenquelle aus einem solchen Bereich eingeschaltet und erzeugt Abwärme für die Linienerwärmung. Die nahe Umgebung der Doppelleitungen ist während einer Zykluszeit ständig über den in Grenzen variierbaren Wirkungsgrad der Mikrowellenquellen einstellbar warm, und aufgrund der Dimension der mikrowellentechnischen Enteisungseinrichtung so warm, dass die Linienstruktur eisfrei bleibt und eine eventuell vorhandene Eisschicht auf einem Oberflächensegment aus diesem Bereich der Hohlkörper-Struktur während der zugehörigen eingeschalteten Mikrowellenquelle in ihrer Grenzschicht zum Hohlkörper angetaut und bei einem hinreichend starken Luftstrom schon frühzeitig von der Oberfläche abgerissen oder eben weiter aufgetaut wird. Die Zwischenlinienbereiche können also durchaus kurzzeitig Eis ansetzen. Daher sind die stets eisfreien Li- nienbereiche eines solchen Bereichs auch derart dimensioniert, dass die Flächen dazwischen immer notwendig schnell und sicher mittels Mikrowelle eisfrei gemacht werden können.During a single cycle time, at least one microwave source from such a region is always switched on and generates waste heat for line heating. The close vicinity of the double lines is constantly warm during a cycle time via the variable efficiency of the microwave sources, and due to the dimension of the microwave de-icing device it is so warm that the line structure remains ice-free and any ice layer present on a surface segment from this area of the hollow body. Structure is thawed in its boundary layer to the hollow body during the associated switched-on microwave source and is prematurely torn off from the surface or just thawed further with a sufficiently strong air flow. The intermediate line areas can therefore build up ice for a short time. Therefore the always ice-free Li Areas of such an area are also dimensioned such that the surfaces in between can always be made ice-free quickly and safely using a microwave.
Während der Zykluszeit für einen Bereich können die Mikrowellenquellen während ihrer jeweiligen Einschaltzeit im Dauerstrich oder bei geringerem Wärmebedarf entsprechend pulsbrei- tengeregelt betrieben werden. Damit ist auf technisch einfache und aus anderen technischen Bereichen bekannte Weise stets ein dem Wärmebedarf angemessener Betrieb einstellbar, der mit Hilfe von Temperatur- und Vereisungssensoren und Datenverarbeitungseinrichtungen geregelt/adaptiv ablaufen kann.During the cycle time for an area, the microwave sources can be operated in a continuous wave during their respective switch-on times or with a lower heat requirement in accordance with pulse width control. In this way, operation which is appropriate to the heat requirement can always be set in a technically simple manner known from other technical fields and can be controlled / adaptively carried out with the aid of temperature and icing sensors and data processing devices.
In den Unteransprüchen sind spezifische und weitere nützliche Merkmale beschrieben.Specific and further useful features are described in the subclaims.
Die hohlleiterartige Auskoppelstruktur über die Länge der Kammer hat runden Querschnitt (Anspruch 2) . In Anspruch 3 ist der rechteckige Querschnitt derselben beschrieben, mit dem die Übermodiertheit, d. h. das Auftreten vieler möglicher Moden, beginnen mit dem Grundmode in der Kammer angeregt wird.The waveguide-like coupling structure over the length of the chamber has a round cross section (claim 2). In claim 3, the rectangular cross section thereof is described, with which the overmodedness, i. H. the appearance of many possible modes, starting with the basic mode in the chamber is stimulated.
Als Mikrowellenquellen kommen die in Anspruch 4 aufgeführten Quellen, wie das Magnetron, das Klystron, der Rückwärtswellen- Oszillator (BWO) , oder der Verlängerte-Wechselwirkungs-Oszil- lator, vom Englischen Extended Interaction Oscillator, EIO, sogar auch das Gyrotron und schließlich noch Klystroden, in Frage. Die Auswahl daraus bestimmen die technischen Anforderungen und der Preis, den eine solche Enteisungseinrichtung annehmen darf. Häufig ist auch das Gewicht der Mikrowellenquelle ein nicht zu übersehender Faktor.The sources listed in claim 4 come as microwave sources, such as the magnetron, the klystron, the backward wave oscillator (BWO), or the extended interaction oscillator, from the English Extended Interaction Oscillator, EIO, even also the gyrotron and finally Klystroden, in question. The selection from this determines the technical requirements and the price that such a deicing device can accept. The weight of the microwave source is often a factor that cannot be overlooked.
An dieser Stelle wird auf eine in der Mikrowellentechnik gängige Schutzeinrichtung hingewiesen, der Zirkulator. Mit ihm zwischen der Quellenauskopplung und der Auskopplung ins Freie oder in einen Resonator werden rücklaufende Wellen in die Quelle unterdrückt und damit eine Zerstörung derselben vermieden. Dieser Aufwand ist insbesondere bei nicht gut abgestimmten Einrichtungen nötig und bedeutet einen zusätzlichen technischen und monetären Aufwand, eventuell auch noch ein Gewichtsproblem. Diese bekannte Maßnahme wird hier im Schutzumfang nicht erwähnt, da die erfindungsgemäße Einrichtung wohl abgestimmt, nämlich impedanzangepasst, aufgebaut sein soll und damit eine solche mikrowellentechnische Schutzkomponente als Geld- und Gewichtsfaktor entfallen kann. Sie dennoch in den Aufbau mit einzubeziehen, ist allerdings kein technischer Aufwand.At this point, reference is made to a protective device commonly used in microwave technology, the circulator. With it between the decoupling of the source and the decoupling into the open or into a resonator, returning waves into Source suppressed and thus avoided destruction. This effort is particularly necessary in the case of poorly coordinated facilities and means additional technical and monetary effort, possibly also a weight problem. This known measure is not mentioned here in the scope of protection, since the device according to the invention is supposed to be coordinated, namely impedance-adapted, constructed and thus such a microwave protection component can be dispensed with as a money and weight factor. However, including them in the construction is not a technical effort.
Um die Wärme entlang der Doppelleitungen widerstandsarm in die Wand der Hohlkörper-Struktur einbringen zu können, sind die Rohrleitungen aus einem die Wärme gut leitenden Material wie Kupfer oder Messing oder noch Edelstahl. Der Querschnitt dieser Leitungen kann rund oder polygonal sein (Anspruch 5) . Die Auswahl wird sich am Einbau und der Herstellung der Hohlkörperstruktur orientieren. Ein technisch naheliegender Querschnitt ist der runde, aber auch ein polygonaler, wie der dreieckige, viereckige oder sechseckige, ist üblich.In order to be able to introduce the heat along the double lines with little resistance into the wall of the hollow body structure, the pipes are made of a material that conducts the heat well, such as copper or brass or stainless steel. The cross section of these lines can be round or polygonal (claim 5). The selection will be based on the installation and manufacture of the hollow body structure. A technically obvious cross-section is round, but a polygonal one, such as triangular, square or hexagonal, is common.
Die Auslegung der mikrowellentechnischen Einrichtung geht einerseits dahin, dass für ein rasches flächiges Antauen einer Eisschicht genügend Mikrowellenleistung zu Verfügung steht. Damit werden aber auch Mikrowellenquellen eingesetzt, die diese Forderung erfüllen können. Bei einem Wirkungsgrad zwischen 0,4 und 0.8 im besten Fall produziert die Quelle auf jeden Falle Wärme, die hier von dem in der Kühlschlange der Quelle vorbeiströmenden Kühlmittel aufgenommen und zu dem li- nienförmigen Nutzort transportiert wird. Ein Kuhlmittelkreislauf besteht also mindestens aus den Doppelleitungen und damit verbundenen Mikrowellenquellen eines eisfrei zu haltenden und zu enteisenden Bereichs (Anspruch 6) . Die Abwärme der Mikrowellenquellen wird gezielt genutzt und nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Falls der Kuhlmittelkreislauf nicht alleine durch den Temperaturgradienten im Kreislauf in Bewegung kommt, ist zumindest für den Start eine aktiv betriebene Kühlmittelpumpe im Kreislauf eingebaut (Anspruch 7) . Ist er in Gang gekommen und hinreichend stark, kann die Pumpe weiter passiv mit laufen.On the one hand, the design of the microwave technology device is based on the fact that sufficient microwave power is available for the rapid thawing of an ice layer. However, microwave sources are also used that can meet this requirement. With an efficiency between 0.4 and 0.8 in the best case, the source in any case produces heat, which is absorbed here by the coolant flowing past in the cooling coil of the source and transported to the linear use location. A coolant circuit therefore consists at least of the double lines and associated microwave sources of an area to be kept free of ice and to be de-iced (claim 6). The waste heat from the microwave sources is used in a targeted manner and is not released into the environment unused. If the coolant circuit does not start to move solely due to the temperature gradient in the circuit, an actively operated coolant pump is installed in the circuit, at least for the start (claim 7). Once it has started and is sufficiently strong, the pump can continue to run passively.
Bei Redundanzforderungen ist der Kuhlmittelkreislauf mit den in Reihe zueinander geschalteten Wärme-/Mikrowellen-Quellen an eine andere Wärmequelle über Ventile angeschlossen. Das aber ist eine Maßnahme, die technisch bekannt ist und bei Bedarf ergriffen wird.In the event of redundancy requirements, the coolant circuit with the heat / microwave sources connected in series with one another is connected to another heat source via valves. But this is a measure that is technically known and is taken if necessary.
Die Mikrowellenleistung tritt dämpfungsarm an der Auskoppeleinrichtung aus und erwärmt die zur Atmosphäre exponierte Schalenstruktur, die als dissipativer Resonator sehr niedriger Güte wirkt, abschnittsweise flächig gleichmäßig mit einem vorgegebenen zeitlichen Zyklus und kontinuierlich entlang einem vorgegeben Linienbereich mit der Abwärme der im Bereich eingesetzten Mikrowellenquellen. Die mikrowellentechnische Entei- sungseinrichtung ist einfach vor Ort in solche Hohlkörper- Strukturen einzubauen, so dass der mikrowellentechnische Bauaufwand auf die Mikrowellenquelle, die Auskoppelstruktur und allenfalls ein kurzes Verbindungsstück von der Quelle bis zur Auskoppelstruktur beschränkt bleibt. Das Netzteil für Gruppen von Mikrowellenquellen, die Gruppen sind für jeweils einen eisfrei zu halten und zu enteisenden Bereich, sitzt zentral. Von ihm gehen nur noch Hochspannungsversorgungsleitungen zu den Mikrowellenquellen.The microwave power emerges at the decoupling device with low attenuation and heats the shell structure exposed to the atmosphere, which acts as a dissipative resonator of very low quality, sectionally evenly in sections with a predetermined time cycle and continuously along a predetermined line area with the waste heat of the microwave sources used in the area. The microwave de-icing device can be easily installed on site in such hollow body structures, so that the microwave engineering construction work remains limited to the microwave source, the decoupling structure and, if need be, a short connecting piece from the source to the decoupling structure. The power supply unit for groups of microwave sources, the groups must be kept free of ice for an area to be de-iced, is located centrally. Only high-voltage supply lines go from it to the microwave sources.
Ebenso hat ein Kuhlmittelkreislauf mindestens eine Gruppe strömungstechnisch hintereinandergeschalteter Mikrowellenquellen besser deren jeweilige Kühlschlange als Wärmequellen. Bei mehreren Gruppen wird sicher der Kühlkreislauf von einer zentral sitzenden Pumpe mit getrieben.Likewise, a coolant circuit has at least one group of microwave sources connected in series in terms of flow technology, better their respective cooling coils than heat sources. at In several groups, the cooling circuit is driven by a centrally located pump.
Solche Hohlkörper-Strukturen können eisfrei zu haltenden Einrichtungen/Aufbauten eines Schiffes oder eines Zuges oder eines Straßenverkehrsmittel oder die Rotorblätter einer Windkraftanlage oder sonstige, mit allen meteorologischen Bedingungen fertig zu werdende Strukturen sein.Such hollow body structures can be devices / structures of a ship or a train or a means of transport to be kept free of ice or the rotor blades of a wind power plant or other structures that can be dealt with under all meteorological conditions.
Die mikrowellentechnische Enteisungseinrichtung ist in vielen technischen Geräten, die in irgend einer Weise der Atmosphäre ausgesetzt sind, einsetzbar. Neben dem Einsatz zu Lande und auf dem Wasser ist seine Bedeutung in der Luftfahrt für die Flugsicherheit hervorzuheben.The microwave de-icing device can be used in many technical devices that are in any way exposed to the atmosphere. In addition to use on land and on water, its importance in aviation for aviation safety should be emphasized.
Am Beispiel des Einbaus der mikrowellentechnischen Einrichtung in die Hohlkörper-Struktur des Höhen- und Seitenleitwerks eines Flugzeugs wird das im folgenden anhand der Zeichnung mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert.Using the example of the installation of the microwave technology device in the hollow body structure of the vertical and vertical stabilizer of an aircraft, this is explained in more detail below with reference to the drawing with FIGS. 1 to 4.
Es zeigt :It shows :
Figur 1 das Höhen- und Seitenleitwerk in der Perspektive mit angedeutetem Einbau der mikrowellentechnischen Einrichtung im Höhenleitwerk,FIG. 1 the elevator and vertical tail in perspective with the indicated installation of the microwave technology device in the horizontal tail,
Figur 2 das Höhenleitwerk mit der eingebauten mikrowellentechnischen Einrichtung,FIG. 2 shows the horizontal stabilizer with the built-in microwave technology device,
Figur 3 die eisfrei zu haltenden Bereichen am Höhen und Seitenleitwerk, Figur 4 die strömungstechnische Verschaltung.3 shows the areas on the heights and vertical tail to be kept free of ice, FIG. 4 shows the fluidic connection.
Als Mikrowellenquellen kommen Quellen mit genügender Mikrowellenleistung in Frage, die über die Auskoppelstruktur in der Kammer ein derart viel- oder übermodiges elektromagnetisches Feld anregen können, dass durch die in die Wand des Oberflächensegments eindringende elektromagnetische Welle eine quali- tativ derart flächengleiche/-homogene Erwärmung erfolgt, die bei allen zu erwartenden Wetterbedingungen und Temperaturen die Grenzschicht zwischen den Oberflächensegmenten und der Eisschicht taut. Aus diesen Vorgaben, der elektrischen Eigenschaft - Leitwert - der Hohlkörper-Wand und der notwendigen Vielmodigkeit in der jeweiligen Kammer wird die abzugebende Mikrowellenleistung bestimmt und die Quelle daraufhin ausgesucht. Da hier eine reichliche Auswahl getroffen werden kann, sei an dieser Stelle der Frequenzbereich von etwa 900 MHz bis etwa 25 GHz angeführt, in dem die ausgewählte Quelle arbeiten muß. An Hand des Wirkungsgrades solcher Quellen, der üblicherweise je nach dem zwischen 0,35 und 0,8 liegt, liegt dann auch die verfügbare Abwärme pro Mikrowellenquelle fest. Die Wand des Höhen- und Seitenleitwerks ist zumindest in den zu enteisenden Bereichen aus einem Faserverbundstoff. In der Luftfahrttechnik werden Kohlefaserverbundwerkstoffe, CFK, dazu verwendet. Diese haben eine gewisse elektrische Leitfähigkeit, dementsprechend koppelt die eindringende Mikrowelle an. Bei andern Faserverbundwerkstoffen kann dies nötigenfalls durch entsprechende Additivbeigabe bei der Halbzeugherstellung eingestellt werden.Sources with sufficient microwave power can be considered as microwave sources, which can excite such a multimodal or overmodel electromagnetic field via the decoupling structure in the chamber that the electromagnetic wave penetrating into the wall of the surface segment produces a qualified Alternatively, there is surface-uniform / homogeneous heating that thaws the boundary layer between the surface segments and the ice layer in all expected weather conditions and temperatures. The microwave power to be emitted is determined from these specifications, the electrical property - conductance - the hollow body wall and the necessary multimodality in the respective chamber, and the source is then selected. Since an ample selection can be made here, the frequency range from about 900 MHz to about 25 GHz, in which the selected source must work, should be mentioned here. Based on the efficiency of such sources, which is usually between 0.35 and 0.8 depending on the available waste heat per microwave source. The wall of the elevator and vertical tail is made of a fiber composite, at least in the areas to be de-iced. In aeronautical engineering, carbon fiber composites, CFRP, are used for this. These have a certain electrical conductivity, so the penetrating microwave couples. In the case of other fiber composite materials, this can be adjusted if necessary by adding additives in the manufacture of semi-finished products.
Gerade in der Luftfahrttechnik gibt es kräftige Temperaturgradienten zwischen der angeströmten Oberfläche und Gerät im Innern der Hohlkörper-Strukturen. Die Kühleinrichtung der Wärmequelle wirkt ähnlich wie die Einrichtung zur Warmwassererzeugung in einer Kaffeemaschine: das kalte flüssige Medium wird erwärmt und nach vorwärts getrieben. Ist die Erwärmung hinreichend leistungskräftig, dann kommt bei nicht zu hoher Reibung ein naturgetriebener Kreislauf zustande.Especially in aeronautical engineering, there are strong temperature gradients between the surface and the device inside the hollow body structures. The cooling device of the heat source works in a similar way to the device for producing hot water in a coffee machine: the cold liquid medium is heated and driven forward. If the heating is sufficiently powerful, then a naturally driven cycle is created if the friction is not too high.
Figur 1 zeigt das Höhenleitwerk und die Kreuzung mit dem Seitenleitwerk. Höhenleitwerk ist die Struktur der mikrowellentechnischen Einrichtung angedeutet, nicht aber im Seitenleitwerk, obwohl, dort auch vorgesehen, wie später aus Figur 3 hervorgeht. Es sind hier also die zwei Bereiche am Höhenleitwerk, die bezüglich des Seitenleitwerks spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, hervorgehoben. Jeder Bereich ist in vier Oberflächenbereiche unterteilt. Das deuten die vier aneinander gereihten rohrförmigen Auskoppelstrukturen an, die an ihrem Anfang vom Seitenleitwerk aus gesehen jeweils die zugeordnete Mikrowellenquelle angeflanscht haben. Die eingesetzte Mikrowellenquelle ist hier beispielweise, wie zu Figur 3 beschrieben wird, ein Magnetron, dessen abgegebene Mikrowellenleistung von dem Wärmebedarf, besser der Wärmebedarfsleistung der Wand des zugeordneten Oberflächensegments zur ausreichend raschen Erwärmung der dortigen Metallhaut benötigt wird. Die Abwärme des Magnetrons ermittelt sich aus seinem Wirkungsgrad, der je nach dem zwischen etwa 0,4 und 0,8 liegt. Das die Mikrowellen/Magnetrons versorgende Netzteil ist dementsprechend mindestens für den leistungsstärksten Zyklus dimensioniert.Figure 1 shows the horizontal tail and the intersection with the vertical tail. The horizontal stabilizer indicates the structure of the microwave technology device, but not in the vertical stabilizer, although, also provided there, as later on from FIG. 3 evident. The two areas on the horizontal stabilizer, which are arranged in mirror-image relation to one another with respect to the vertical stabilizer, are highlighted here. Each area is divided into four surface areas. This is indicated by the four tubular decoupling structures which are lined up next to one another and which, seen from the vertical tail, have each flanged the associated microwave source at their beginning. The microwave source used here is, for example, as described in relation to FIG. 3, a magnetron, the microwave power output of which is required by the heat requirement, better the heat requirement power of the wall of the assigned surface segment for sufficiently rapid heating of the metal skin there. The waste heat of the magnetron is determined from its efficiency, which is between about 0.4 and 0.8 depending on that. The power supply unit supplying the microwaves / magnetrons is accordingly dimensioned at least for the most powerful cycle.
Figur 2 zeigt die Situation an einer Flügelhälfte des Höhenleitwerks deutlicher. Das Seitenleitwerk ist nicht mehr angedeutet, es ist entfernt und zeigt zwischen den beiden Flügeln das Netzteil für die Versorgung der beiden Bereiche im Höhenleitwerk und des hier nicht angedeuteten Bereiches im Seitenleitwerk (siehe Figur 3) . Vier hohleiterförmige Auskoppeleinrichtungen sind, hintereinander entlang der Anströmkante des Flügels, in vorgegebenem Abstand zu dieser und der dortigen Flügelwand an dem dort verlaufenden Holm angebaut. Die dicken Doppellinien deuten den Verlauf der Doppelleitungen in der Flügelwand an und zeigen gleichzeitig mit ihren beidseitigen Abzweigungen von der Anströmkante nach hinten die flächengleiche Oberflachensegmente des zu enteisenden Bereichs an. Die Umgebung entlang der Linien ist derartig durch den Kühlkreislauf erwärmt, dass sie ständig eisfrei ist. Wie die Doppelleitungsabzweige von der Anströmkante weg, so verlaufen auch die Rippen im Flügel nach hinten und bilden zusammen mit der Holmteilwand und der Flügelsegmentwand die jeweilige Kammer mit ihrer Auskoppeleinrichtung. An der Stoßlinie des Holms mit der Flügeloberfläche tauchen die fünf Doppelleitungen beidseitig ins Flügelinnere ein und koppeln über Schläuche an der Kühlschnecke der jeweiligen Mikrowellenquelle, und zwar so, dass die Wärmequellen im Kühlkreislauf hintereinander liegen und die Kühlmittelströmung in den Doppelleitungszweigen und entlang der Anströmkante entgegengesetzt sind. Ein Leitungsprinzip ist in Figur 4 deutlich dargestellt.Figure 2 shows the situation on one wing half of the horizontal stabilizer more clearly. The vertical tail is no longer indicated, it has been removed and shows the power supply between the two wings for supplying the two areas in the horizontal tail and the area not indicated here in the vertical tail (see FIG. 3). Four semiconductor-shaped decoupling devices are mounted one behind the other along the leading edge of the wing at a predetermined distance from the latter and the wing wall there on the spar running there. The thick double lines indicate the course of the double lines in the wing wall and at the same time, with their two-sided branches from the leading edge to the rear, indicate the surface areas of the area to be de-iced that are of the same area. The environment along the lines is heated by the cooling circuit in such a way that it is constantly ice-free. Like the double line branches away from the leading edge, the ribs in the wing also run to the rear and form the respective chamber together with the spar part wall and the wing segment wall their decoupling device. At the butt line of the spar with the wing surface, the five double lines dip into the inside of the wing on both sides and couple via hoses to the cooling screw of the respective microwave source, in such a way that the heat sources lie one behind the other in the cooling circuit and the coolant flow in the double line branches and along the leading edge are opposite , A principle of conduction is clearly shown in FIG. 4.
In Figur 3 ist die Situation dreier eisfreier Linienbereiche und der zugehörigen, eisfrei zu machenden, flächengleichen Oberflachensegmente am Höhen- und Seitenleitwerk schematisch dargestellt. Die Situation ist in die Ebene geklappt. Die beiden Höhenleitwerksbereiche liegen spiegelbildlich zueinander und sind jeweils, im Gegensatz zu Figuren 1 und 2, in nur drei flächengleiche Oberflachensegmente 1, 2 und 3 durch die abgehenden Doppelleitungszweige aufgeteilt. Das senkrecht darunter liegende einfache Oberflächensegment 4 ist das des Seitenleitwerks .In Figure 3, the situation of three ice-free line areas and the associated, to be made ice-free, equal surface segments on the elevator and vertical tail are shown schematically. The situation folded into the plane. The two horizontal stabilizer areas are mirror images of one another and, in contrast to FIGS. 1 and 2, are each divided into only three identical surface segments 1, 2 and 3 by the outgoing double line branches. The simple surface segment 4 lying vertically underneath is that of the vertical tail.
Die jeweils begrenzenden beiden dünnen Linien der Bereiche deutet die Spur des zum Bereich gehörenden Holms an. Die dick ausgezogenen Linien zeigen die Unterteilung und deuten damit die Verlegung der Rohre des jeweiligen Kühlkreislaufes. Im Höhen- und Seitenleitwerk läuft die jeweils gekreuzte dicke Linie entlang der Anströmkante, im Seitenleitwerk wird diese oben und unten dadurch begrenzt. Die Maße sind hier beispielhaft als Anhalt für ein Passagierflugzeug kleinerer Bauart vorgesehen.The respectively delimiting two thin lines of the areas indicate the trace of the spar belonging to the area. The thick solid lines show the subdivision and thus indicate the routing of the pipes of the respective cooling circuit. In the vertical and vertical tail, the crossed thick line runs along the leading edge, in the vertical tail this is limited at the top and bottom. The dimensions are provided here as an example for a passenger aircraft of a smaller design.
Neben der kontinuierlichen Erwärmung der Struktur entlag der dicken Linien über die in der Flügelwand verlegten Rohre der Kühlkreislaufeinrichtung wird hier eine zyklische Betriebsweise derart gewählt, dass die beiden Bereiche 1 mit ihren beidseitig zur Anströmkante liegenden Bereichen am Höhenleit- werk, d.h. die vier dazu zugeordneten Bereiche über Mikrowelle beispielweise 30 sec beheizt werden, dann die Zyklusbereiche 2, 3 und schließlich der Zyklusbereich 4 am Seitenleitwerk, um danach erneut mit dem folgenden Zyklus bei 1 wieder zu beginnen. Der Bereichszyklus ist also 1, 2, 3, 4. Werden die beiden Zyklusbereiche 1 erwärmt, werden hier die andern während dieser Zeit nicht erwärmt. Damit sind in dieser Teilzeit aus der Zykluszeit auch nur die beiden Mikrowellenquellen für die Oberflachensegmente 1 2 Wärmequellen, danach 2, 3 und letztlich 4. Danach beginnt der Zyklus wieder bei 1.In addition to the continuous heating of the structure, the thick lines over the pipes of the cooling circuit device laid in the wing wall select a cyclical operating mode in such a way that the two areas 1 with their areas on both sides of the leading edge on the vertical guide factory, ie the four areas assigned to it are heated using a microwave, for example for 30 seconds, then cycle areas 2, 3 and finally cycle area 4 on the vertical tail, in order to then start again with the following cycle at 1. The area cycle is therefore 1, 2, 3, 4. If the two cycle areas 1 are heated, the others here are not heated during this time. In this part-time, the cycle time means that only the two microwave sources for the surface segments are 1 2 heat sources, then 2, 3 and finally 4. Then the cycle starts again at 1.
Ein Kuhlmittelkreislauf, der mindestens eine Gruppe an Doppelleitungen und die zugehörigen Mikrowellenquellen, bzw. deren Wärmequellen enthält, zeigt Figur 4. Die Darstellung ist schematisch in die Ebene gelegt. Sie zeigt den durchgehenden Doppelleitungsbereich entlang der angeströmten Kante und die davon beidseitig senkrecht abgehenden Doppelleitungszweige. Die Doppelleitungszweige auf der einen Seite sind verlängert und haben am Ende die Mikrowellenquellen sitzen. Am einen Endbereich des durchgehenden Doppelleitungsbereichs ist beispielhaft und hier der Übersicht wegen die Kühlmittelpumpe in den Kreislauf eingebaut. Durch diese Anordnung und Anschlussweise sind die Mikrowellenquellen, wie gefordert strömungstechnisch hintereinander geschaltet und die Doppelleitungen haben eine Hin- und Rückströmung. Die Doppelleitungszweige, die jeweils zu einer Mikrowellenquelle weiterführen, tauchen dazu in die Hohlkörper-Struktur weg. Es gibt zwei Temperaturdifferenzen, die zum Antrieb des Kühlmittelkreislaufes beitragen, einmal ΔTMQ an der Kühlschlange der Mikrowellenquelle und zum andern ΔTHw auf dem Weg von der Hohlkörper-Wand zur Mikrowellenquelle. FIG. 4 shows a coolant circuit which contains at least one group of double lines and the associated microwave sources or their heat sources. The illustration is shown schematically in the plane. It shows the continuous double line area along the inflow edge and the double line branches leaving perpendicularly on both sides thereof. The double line branches on one side are extended and have the microwave sources at the end. At one end of the continuous double line area, the coolant pump is built into the circuit as an example and here for the sake of clarity. Due to this arrangement and connection method, the microwave sources are connected in series as required in terms of flow technology and the double lines have a return flow. For this purpose, the double line branches, each of which leads to a microwave source, plunge into the hollow body structure. There are two temperature differences that contribute to driving the coolant circuit, firstly ΔT MQ at the cooling coil of the microwave source and secondly ΔT H w on the way from the hollow body wall to the microwave source.

Claims

Patentansprüche :Claims:
Mikrowellentechnische Einrichtung zur Eisfreihaltung und Enteisung formstabiler Hohlkörper-Strukturen an der Oberfläche, die meteorologischen Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzt sind und im Bereich der von der Atmosphärenluft angeströmten Kanten zumindest abschnittsweise eisfrei gehalten werden und zumindest dort aus Faserverbundwerkstoff aus Kohlefaser, CFK, oder Glasfaser, GFK, oder einem davon oder eine andere Faser mit Additiven bestehen, der an seiner der Atmosphäre ausgesetzten Oberfläche einen metallischen Überzug zur Umgebung hin hat, und jede Struktur mikrowellendicht ist, bestehend unter anderen in diesen Hohlkörper eingebauten Komponenten: mindestens einem an eine elektrische Energiequelle angeschlossenen Netzteil, mindestens einer über ein Netzteil betriebenen, zur Umgebung hin mikrowellendicht gekapselten Mikrowellenquelle, an je eine Mikrowellenquelle angeschlossenen Hohleiter, die einen vorgegebenen Bereich der Wand des Hohlkörpers mit der Mikrowelle beaufschlagt und dadurch erwärmt, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Atmosphäre exponierte, abschnittsweise zu enteisende Bereich einer solchen Kante in vorzugsweise flächengleiche, entlang der Kante aneinandergereihte Oberflachensegmente gegliedert ist, deren von der Kante jeweils zwei weglaufende Grenzen mit dem Verlauf jeweils einer von der Kante weglaufenden, in der Hohlkörper-Struktur verankerten Rippe und deren beide andern zwei Grenzen mit dem zur Kante parallelen, in der Hohlkörper-Struktur verankerten Holms zusammenfällt, durch die Oberflachensegmente, Rippen und den Holm im Innern einer solchen Hohlkörper-Struktur entlang der luftangeströmten Kante Kammern bestehen, die jeweils zu ihrer Umgebung hin mikrowellendicht abgeschottet sind und im Innern jeder Kammer an der von darin aus gesehenen Innenseite der Wand des Holms parallel zur Kante die Hohlleiterauskoppelstruktur befestigt ist, die durch die Wand des Holms hindurch an ihre Mikrowellenquelle angeflanscht ist, wobei die Geometrie der Kammern und die Frequenz der Mikrowelle derart ist, dass sich in jeder Kammer bei zugehörig eingeschalteter Mikrowellenquelle ein elektromagnetisches Feld mit Übermodierung zur flächengleichen/gleichmässigen Erwärmungseintrag in der Wand der Oberflachensegmente aus Faserverbundwerkstoff anregt, im eisfrei zu haltenden Bereich entlang der luftangeströmten Kante und entlag der Grenze des Oberflächensegments bis mindestens zum Holm am Stoß der dortigen Rippe in der Wand der Hohlkörper-Struktur metallische Doppelleitungen aus elektrisch gut leitendem Material verlaufen sind, und zusammen mit der jeweiligen Kühlschlange an den Mikrowellenquellen entlag der jeweiligen Kante zu einem geschlossenen Kühlkreislauf derart zusammen geschlossen sind, dass in den Doppelleitungen entlag der Kante und den Rippen,an den Grenzen der Oberflachensegmente eine Gegenströmung besteht und die Kühlschlangen an den Mikrowellenquellen strömungstechnisch zueinander in Reihe liegen.Microwave technology for keeping ice free and de-icing dimensionally stable hollow body structures on the surface, which are exposed to meteorological influences in the atmosphere and are kept ice-free at least in sections in the area of the edges against which atmospheric air flows and at least there made of fiber composite material made of carbon fiber, CFRP, or glass fiber, GFK, or one of these or another fiber with additives, which has a metallic coating on the surface exposed to the atmosphere to the environment, and each structure is microwave-proof, consisting of other components built into this hollow body: at least one power supply unit connected to an electrical energy source, at least one microwave source, which is operated via a power supply unit and is microwave-tightly encapsulated to the environment, is connected to a semiconductor source each connected to a microwave source, which microwave acts on a predetermined area of the wall of the hollow body and thus heated, characterized in that the portion of such an edge exposed to the atmosphere, which is to be de-iced in sections, is divided into surface areas that are preferably of the same area and are lined up along the edge, the two edges of which run away from the edge, with one each running away from the edge , rib anchored in the hollow body structure and the two other two boundaries of which coincide with the spar parallel to the edge, anchored in the hollow body structure, through which surface segments, ribs and the spar exist inside such a hollow body structure along the air-flowed edge chambers , each to their Microwave-tight are sealed off from the environment and inside of each chamber is attached to the inside of the wall of the spar from the inside, parallel to the edge, the waveguide coupling structure, which is flanged through the wall of the spar to its microwave source, the geometry of the chambers and the frequency The microwave is such that in each chamber, when the associated microwave source is switched on, an electromagnetic field with overmodulation for uniform / uniform heating input in the wall of the surface segments made of fiber composite material is stimulated, in the area to be kept free of ice along the air-flowed edge and at least beyond the boundary of the surface segment to the spar at the abutment of the rib there in the wall of the hollow body structure, metallic double lines made of electrically highly conductive material ran, and together with the respective cooling coil at the microwave sources, the respective edge was removed nem closed cooling circuit are closed together in such a way that in the double lines along the edge and the ribs, there is a counterflow at the boundaries of the surface segments and the cooling coils at the microwave sources are fluidically in line with each other.
Mikrowellentechnische Enteisungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelstrukturen einen runden Querschnitt haben.Microwave de-icing device according to claim 1, characterized in that the coupling-out structures have a round cross-section.
Mikrowellentechnische Enteisungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelstrukturen einen rechteckigen Querschnitt haben, um in der Einbaukammer bei der vielmodigen Anregung auch den Grundmode mit dabei zu haben.Microwave de-icing device according to claim 1, characterized in that the decoupling structures have a rectangular cross-section in order to include the basic mode in the installation chamber with the multi-mode excitation to have with you.
4. Enteisungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikrowellenquellen unter Berücksichtigung der Geometrie des zu erwärmenden Bereichs, der Betriebsfrequenz und des Leistungsbedarfs Magnetrons oder Klystrons oder Rückwärtswellen- (Backward- wave) -Oszillatoren (BWO) oder EIO (Extended Interaction Oscillators) oder Gyrotrons oder Klystroden sind.4. De-icing device according to one of claims 2 and 3, characterized in that as microwave sources, taking into account the geometry of the area to be heated, the operating frequency and the power requirement, magnetrons or klystrons or backward wave (backward wave) oscillators (BWO) or EIO ( Extended Interaction Oscillators) or gyrotrons or klystrodes.
5. Enteisungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die in die Faserstruktur integrierten mit Kühlmittel durchströmbaren Doppelleitungen eines Bereichs zumindest in den Enteisungsbereichen metallische Rohre mit rundem oder polygonalem Querschnitt sind.5. De-icing device according to claim 4, characterized in that the integrated in the fiber structure with coolant flowable double lines of an area at least in the de-icing areas are metallic tubes with a round or polygonal cross-section.
6. Enteisungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kuhlmittelkreislauf mindestens die Doppelleitungen und damit verbundenen Mikrowellenquellen eines zu eisfrei zu haltenden und zu enteisenden Bereichs als Bestandteil hat.6. De-icing device according to claim 5, characterized in that a coolant circuit has at least the double lines and associated microwave sources of an area to be kept free of ice and de-iced as a component.
7. Enteisungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Kuhlmittelkreislauf zur Unterstützung der Kühlmittelströmung eine Kühlmittelpumpe eingebaut ist .7. De-icing device according to claim 6, characterized in that a coolant pump is installed in each coolant circuit to support the coolant flow.
8. Verfahren zum Eisfreihalten und Enteisen eines vorgegebenen Oberflächenbereichs an formstabilen Hohlkörper-Strukturen, die meteorologischen Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzt sind und im Bereich der von der Atmosphärenluft angeströmten Kanten zumindest abschnittsweise eisfrei gehalten werden und zumindest dort aus Faserverbundwerkstoff bestehen, der an seiner der Atmosphäre ausgesetzten Oberfläche einen metallischen Überzug zur Umgebung hin hat, und jede Struktur mikrowellendicht ist, die unter anderem in diese Hohlkörper folgende Komponenten eingebaut haben: mindestens einem an eine elektrische Energiequelle angeschlossenen Netzteil, mindestens einer über ein Netzteil betrieben Mikrowellenquelle, an je eine Mikrowellenquelle angeschlossenen Hohleiter, die einen vorgegebenen Bereich der Wand des Hohlkörpers mit der Mikrowelle beaufschlagt und dadurch erwärmt, wodurch: der zur Atmosphäre exponierte, abschnittsweise zu enteisende Bereich einer solchen Kante in vorzugsweise flächengleiche, entlang der Kante aneinandergereihte Oberflachensegmente gegliedert ist, deren von der Kante jeweils zwei weglaufende Grenzen mit dem Verlauf jeweils einer von der Kante weglaufenden, in der Hohlkörper-Struktur verankerten Rippe und deren beide andern zwei Grenzen mit dem zur Kante parallelen, in der Hohlkörper-Struktur verankerten Holms zusammenfällt, durch die Oberflachensegmente, Rippen und den Holm im Innern einer solchen Hohlkörper-Struktur entlang der luftangeströmten Kante Kammern bestehen, die jeweils zu ihrer Umgebung hin mikrowellendicht abgeschottet sind und im Innern jeder Kammer an der von darin aus gesehenen Innenseite der Wand des Holms parallel zur Kante die Hohlleiterauskoppelstruktur befestigt ist, die durch die Wand des Holms hindurch an ihre Mikrowellenquelle angeflanscht ist, wobei die Geometrie der Kammern und die Frequenz der Mikrowelle derart ist, dass sich in jeder Kammer bei zugehörig eingeschalteter Mikrowellenquelle ein elektromagnetisches Feld mit Übermodierung zur flächengleichen/gleichmäßigen Erwärmungseintrag in der Wand der Oberflachensegmente aus Faserverbundwerkstoff anregt, im eisfrei zu haltenden Bereich entlang der luftangeström- ten Kante und entlag der Grenze des Oberflächensegments bis mindestens zum Holm am Stoß der dortigen Rippe in der Wand der Hohlkörper-Struktur metallische Doppelleitungen aus elektrisch gut leitendem Material verlaufen sind, und zusammen mit der jeweiligen Kühlschlange an den Mikrowellenquellen entlag der jeweiligen Kante zu einem geschlossenen Kühlkreislauf derart zusammen geschlossen sind, dass in den Doppelleitungen entlag der Kante und den Rippen an den Grenzen der Oberflachensegmente eine Gegenströmung besteht und die Kühlschlangen an den Mikrowellenquellen strömungstechnisch zueinander in Reihe liegen, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Hohlkörper-Strukturen der jeweilige Kuhlmittelkreislauf eines Bereichs der flächengleichen Oberflachensegmente entlang einer solchen luftangeströmten Kante zumindest bei Vereisungsgefahr zur Eisfreihaltung der li- nienförmigen Struktur entlang der Doppelverrohrung ständig aufrecht erhalten wird und die entlang einer angeströmten Kante der Hohlkörper-Struktur im Hohlkörper zugeordneten und an dem zugehörigen Abschnitt des Holms an diesem montierten Mikrowellenquellen zyklisch derart betrieben werden, dass innerhalb der Zykluszeit mindestens eine Mikrowelle davon betrieben wird, die übrigen ausgeschaltet bleiben und umgekehrt und zwischen zwei gerade eingeschalteten Mikrowellenquellen mindestens eine ausgeschaltete liegt, jede Mikrowellenquelle während ihrer Einschaltzeit puls- breitengeregelt oder im Dauerstrich betrieben werden kann, womit der Wärmeeintrag in das zugehörige Oberflächensegment dosierbar ist. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die in j eden Kuhlmittelkreislauf eingebaute Kühlmittelpumpe zur Eisfreihaltung und Enteisung die über den Temperaturgradienten getriebene Kühlmittelströmung zumindest zum Anschieben derselben aktiv betrieben wird. 8.Procedure for keeping ice free and de-icing a predetermined surface area on dimensionally stable hollow body structures which are exposed to meteorological influences of the atmosphere and are kept ice-free at least in sections in the area of the edges against which atmospheric air flows and at least there consist of fiber composite material which is exposed to the atmosphere Surface a metallic coating to the environment has, and each structure is microwave-proof, which, among other things, have built the following components into these hollow bodies: at least one power supply unit connected to an electrical energy source, at least one microwave source operated via a power supply unit, to each semiconductor source connected to a microwave source, which covers a predetermined area of the wall of the Applied to the hollow body with the microwave and thereby heated, whereby: the portion of such an edge exposed to the atmosphere, which is to be defrosted in sections, is divided into surface areas that are preferably of the same area and lined up along the edge, the two edges of which run away from the edge with the course of one each Edge running away, anchored in the hollow body structure and the two other two boundaries of which coincide with the parallel to the edge, anchored in the hollow body structure, through the surface segments, ribs and the spar inside such a hollow body structure along the air-flowed edge there are chambers, each of which is microwave-tightly sealed off from their surroundings and inside the chamber, on the inside of the wall of the spar, as seen from there, the waveguide decoupling structure is fastened parallel to the edge and passes through the wall of the spar is flanged to its microwave source, the geometry of the chambers and the frequency of the microwave being such that in each chamber, when the associated microwave source is switched on, an electromagnetic field with overmodulation to stimulate uniform / uniform heating input in the wall of the surface segments made of fiber composite material stimulates in the ice-free manner holding area along the airstream th edge and along the boundary of the surface segment up to at least the spar at the abutment of the rib there in the wall of the hollow body structure, metallic double lines made of electrically highly conductive material ran, and together with the respective cooling coil at the microwave sources, the respective edge formed a closed one The cooling circuit is closed together in such a way that there is a countercurrent in the double lines along the edge and the ribs at the boundaries of the surface segments and the cooling coils at the microwave sources are fluidically in line with one another, characterized in that the respective coolant circuit of an area in the hollow body structures the surface segments of the same area along such an air-flowed edge are constantly maintained, at least when there is a risk of icing, to keep the linear structure along the double piping free of ice, and that along a flow-through channel nth of the hollow body structure in the hollow body and on the associated section of the spar mounted microwave sources are operated cyclically in such a way that at least one microwave is operated within the cycle time, the rest remain switched off and vice versa and at least one switched off between two currently switched on microwave sources lies, each microwave source can be pulse-width controlled or operated continuously during its switch-on time, with which the heat input into the associated surface segment can be metered. A method according to claim 8, characterized in that the coolant pump built into each coolant circuit for keeping ice free and defrosting, the coolant flow driven via the temperature gradient is actively operated at least for pushing the same.
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